Acessório de osciloscópio de dois canais para PC. Esquema, descrição

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Acessório de osciloscópio de dois canais para PC. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Sabe-se que é muito problemático configurar bem alguns dispositivos sem um osciloscópio. No entanto, os osciloscópios são bastante caros, portanto, se você tiver um computador compatível com IBM, é muito mais barato construir um decodificador relativamente simples para ele, como o descrito no artigo abaixo.

O anexo proposto do osciloscópio de dois canais para um PC foi projetado para observar e estudar a forma dos sinais elétricos, medir as características de tempo e amplitude dos processos elétricos. A largura de banda de cada canal é de 0...50 MHz, o coeficiente de deflexão do feixe é de 0,1...20 V/div., a resistência de entrada é de 1 MOhm, a capacitância de entrada é de 20 pF, a duração da varredura é de 0,1 μs a 100ms/div. Requisitos mínimos de PC: 386, VGA, porta de impressora, MS DOS 3.3.

Nas faixas de alta frequência, o dispositivo opera segundo o princípio estroboscópico, nas faixas de baixa frequência - em tempo real. O software permite a operação no modo analisador de espectro. O número de amostras de sinais exibidas na tela no modo normal é 256, no modo analisador de espectro - 128. O programa usa a porta LPT1 (ver tabela): porta base 378H. porta de sinal de status da impressora (entrada) 379H, porta de sinal de controle (saída) 37AN. O programa assume que o estado dos bits da porta é padrão e corresponde aos estados dos sinais nos pinos do conector da impressora [1].

Conexão de osciloscópio de dois canais ao PC

O diagrama esquemático do acessório é mostrado na fig. 1.

(clique para ampliar)

Os sinais em estudo são alimentados através dos conectores de entrada XW1 e XW2 para divisores resistivo-capacitivos compostos por chaves 1SA2, 2SA2, resistores 1R1-1R8, 2R1-2R8 e capacitores 1С2-1С9, 2С2-2С9, que determinam o span vertical máximo (prefixos 1 e 2 aqui e abaixo indicam que os elementos pertencem aos canais 1 e 2, respectivamente). Os interruptores MOS do microcircuito 1DA1 são conectados às saídas dos divisores através de repetidores nos transistores 1VT2, 2VT1 e 2VT2, 1VT1 (duas de suas direções são utilizadas no canal 1, o restante no canal 2). As chaves são abertas por pulsos com duração de cerca de 10 ns, vindos do driver no gatilho DD1.2, e através deles são carregados os capacitores 1C10 e 2C10, aos quais as entradas não inversoras do amplificador operacional 1DA2 e 2DA2 estão conectados. As tensões nos capacitores, correspondentes às tensões do sinal no momento da abertura das chaves, são amplificadas pelo amplificador operacional 10 vezes. A duração do pulso de abertura corresponde à duração mínima da frente do sinal de entrada, que será exibida sem distorção, ou seja, determina a largura de banda das frequências transmitidas

Um ADC de aproximação dupla sucessiva é conectado às saídas do amplificador operacional. Contém comparadores 1DA3, 2DA3 e um DAC montado em elementos dos microcircuitos DD2, DD3 e uma matriz R-2R composta pelos resistores R12-R19, R21 - R28. As saídas dos comparadores são conectadas aos pinos 13 e 15 do conector da impressora XP1. Os valores do sinal nesses pinos correspondem aos bits 3 e 4 da porta 379H. As entradas do DAC são conectadas aos pinos 2 a 9 XP1, portanto, o valor do sinal de saída do DAC pode ser definido escrevendo um número de 378 a 0 (dentro de 255...0,5 V) na porta 4,5H.

A medição das tensões nas saídas dos amplificadores operacionais 1DA2 e 2DA2, implementadas no programa, por aproximação sucessiva é realizada da seguinte forma. Primeiro, o número 378' é definido na porta 2H (na saída do DAC - 2,5 V) e o estado das saídas do comparador é verificado (bits 3 e 4 da porta 379H). Se o comparador funcionou, 26 é adicionado ao número indicado; caso contrário, o segundo é subtraído do primeiro. Em seguida, o estado dos comparadores é verificado novamente, é adicionado ou subtraído 25. O procedimento é repetido até que 2g seja adicionado ou subtraído. Os números resultantes correspondem aos valores de tensão nas saídas 1DA2 e 2DA2. O divisor R20R29 define os limites para alterar a tensão na saída do DAC de 0,5 a 4,5 V. Para evitar que o modelador de pulso seja acionado ao determinar as tensões nas saídas do amplificador operacional, o log 1,2 é aplicado à entrada D do acione DD0 neste momento. O tempo de conversão ADC com tempo de escrita em uma porta de 2 µs é 2x40 µs.

A sincronização é realizada no canal 1 através do comparador DA1, cuja entrada inversora é conectada através dos capacitores C1 e C2 à saída do repetidor nos transistores 1VT1 e 1VT2. Para aumentar a imunidade ao ruído, foram introduzidos os resistores R2 e R3, que ajustam o comparador para uma histerese de 20 mV. O nível de sincronização é controlado pelo resistor variável R4

O atraso de tempo desde o acionamento do comparador DA1 até o momento da abertura das chaves do microcircuito 1DA1 é definido em software e hardware nas faixas de alta frequência e em software nas faixas de baixa frequência. No primeiro caso, o programa, quando estiver pronto para receber o próximo valor dos sinais de entrada, ativa e remove o sinal “Reset” do trigger DD1.1 (bit 7 da porta 37A = “1/0”, pino 1 do conector da impressora = '0/1 '). O gatilho "carregado" desta forma é acionado quando o comparador DA1 é comutado e o transistor VT3 fecha. Como resultado, a partir da fonte de corrente feita nos elementos VT2 R8, R9, um dos capacitores de temporização C7-C21 começa para carregar. Quando a tensão nele atinge o valor de tensão na saída do DAC, o comparador DA2 é acionado e inicia o modelador de pulso (001.2, R11, C22), que controla as chaves do chip 1DA1. O programa determina o acionamento do comparador DA2 pelo valor 0 no pino 11 do conector da impressora (bit 0 da porta 379H). Após isso, a sub-rotina para determinação da tensão nas saídas 1DA2 e 2DA2. Os valores de tensão são gravados na memória, o próximo o valor é definido no DAC, o gatilho DD1.1 é “armado” novamente e o ciclo é repetido até que qualquer tecla seja pressionada

Um nó para determinar a presença de sincronização é implementado nos elementos VT1, R5, R6, VD1, C3, C6. Quando o comparador DA1 é acionado periodicamente no pino 10 do conector XP1 (bit 1 da porta 379H), um sinal lógico é presente. 1, e após “armar” o trigger DD1.1, o programa aguarda a operação do comparador DA2, caso contrário, este trigger é lançado a partir do programa configurando sequencialmente os sinais “Reset” e “Set” (bits 4, 7 de porta 37A - “10/01”, pinos 1, 17 do conector da impressora = “01/10”).

Na saída do DAC são programados valores de 0 a 255, respectivamente, o atraso do momento da sincronização até o momento da abertura das chaves muda do valor mínimo para o máximo, e uma imagem do sinal é formada . O período de varredura T (em segundos por divisão) é determinado pela fórmula T = CU/2I, onde C é a capacitância do capacitor conectado em farads; U - 4,5 V - tensão máxima DAC I 0 001 A - corrente de coletor do transistor VT2

Se a capacitância do capacitor de temporização for grande, a imagem do sinal é formada muito lentamente, portanto, o programa implementa um procedimento para determinação de sua capacitância, que verifica quantas vezes o programa consegue ler os valores do sinal durante seu carregamento. Se este tempo for longo (é definida uma longa duração de varredura), após a comutação do comparador DA1, as chaves do interruptor 1DA2 podem abrir várias vezes. Neste caso, valores intermediários são definidos na saída do DAC, e o gatilho DD1.1 .XNUMX é iniciado a partir do programa definindo sequencialmente os sinais “Reset” e “Set”.

Quando uma duração de varredura superior a 5 ms/div é selecionada. (a chave SA2 está na posição inferior, conforme diagrama), o atraso após a comutação do comparador DA1 é gerado por software. O programa “aprende” isso pelo valor zero do bit 2 da porta 379H. O gatilho DD1.1 é iniciado a partir do programa definindo sequencialmente os sinais "Reset" e "Set" em intervalos especificados. O tempo de varredura é definido no teclado usando as teclas "0" - "9".

O deslocamento vertical do feixe é alterado pelos resistores variáveis 1R13 e 2R13, a duração da varredura (suavemente) - pelo resistor R28.

Programa escrito em Turbo Pascal. Ele implementa uma rápida transformada de Fourier (analisador de espectro). O sinal mostrado na tela é convertido. Para que o espectro seja exibido corretamente, é necessário que um número inteiro de períodos de sinal caiba na tela. Isso pode ser alcançado selecionando a duração da varredura com um resistor variável R8. A sub-rotina para conversão rápida em Fortran é dada em [2]. Lá você também pode encontrar uma explicação do método para determinar o espectro do sinal através da transformada de Fourier.

Para alimentar o decodificador, você precisa de uma fonte de tensões estabilizadas +12, +5 e -6 V. O consumo de corrente nos circuitos de +12 e -6 V não excede 50, no circuito de +5 V - 150 mA. O nível de ondulação não deve exceder 1 mV. Você pode usar uma fonte de alimentação (adaptador) de fabricação chinesa de 3... 12 V, 1A, modificando-a conforme mostrado na Fig. 2.

Conexão de osciloscópio de dois canais ao PC

O acessório é montado em uma placa de ensaio normal. Ao repetir, deve-se levar em consideração que o dispositivo é sensível a interferências externas e internas. Por exemplo, a penetração do sinal de entrada no circuito de temporização pode causar distorção na forma do sinal observado. Portanto, a instalação deve ser realizada de forma que a conexão desses circuitos de decodificadores entre si e a penetração de sinais externos neles sejam mínimas. Os capacitores C4, C5 devem ser soldados diretamente aos terminais do comparador DA1, os elementos 1DA1,1, 10C2, 10C1, 2DA2, 2DA1 devem ser colocados próximos. É aconselhável montar resistores 1R1-8R2, 1R2-8R1, capacitores 1С1-9С2, 1С2-9С7, С21-СXNUMX nas chaves correspondentes.

As seguintes peças podem ser usadas no anexo. Resistores R12-R19, R21-R28 - com um desvio permitido do valor nominal não superior a ± 0,25%, por exemplo, C2-29. O valor dos resistores R12-R19, R28 é 1 ... 10 kOhm, R21-R27 - 0,5 ... 5 kOhm, e a resistência do último deve ser exatamente duas vezes menor que o primeiro (isso pode ser alcançado por conexão paralela de resistores com um nominal primeiro). Os demais resistores são de qualquer tipo com tolerância de ± 5%. Como configuração de tempo (C7-C21, 1C1 -1C8, 2C1-2C8), é desejável usar capacitores com o menor desvio possível dos valores nominais e TKE pequeno.

Transistores 1VT1, 2VT1 - transistores de efeito de campo de alta frequência com tensão de corte de pelo menos 5 V (KP303G-KP303E, KP307Zh, etc.), 1VT2, 2VT2 - estruturas npn de alta frequência com coeficiente de transferência de corrente estática h21e de pelo menos 50 (KT316D, KT325B, KT325V) , VT1, VT2 - qualquer estrutura correspondente com h21e de pelo menos 400, VT3 - com uma corrente de coletor de pulso de pelo menos 300 mA e uma frequência de operação de pelo menos 200 MHz (KT3117A, 2N2222).

As correntes de entrada dos amplificadores operacionais 1DA2 e 2DA2 não devem ser superiores a 0,1 nA, a taxa de aumento da tensão de saída não deve ser inferior a 20 V/µs (KR544UD2A, LF356). Comparadores 1DA3, 2DA3, DA2 - com ganho de tensão de pelo menos 105, correntes de entrada não superiores a 0,5 μA e tempo de comutação não superior a 0,5 μs (KR554SAZ, LM211N, K521SAZ), DA1 - com tempo de comutação não superior de 15 não (KR597CA2, AM686).

Como microcircuito DD1, você pode usar KR1594TM2 (74ACT74N), KR1533TM2 (74ALS74AN), DD2, DD3 -KR1594LN1 (74ACT04N), KR1554LN1 (74AC04N), KR1564LN1 (74HC04N). Ao usar KR1594TM2, a banda de frequência é 0...50 MHz (neste caso, o capacitor C22 não é instalado e R11 é substituído por um resistor com resistência de 4,7 kOhm), KR1533TM2 - 0...15 MHz. A utilização do microcircuito KR1564LN1 requer alteração dos valores dos resistores R12 - R19, R28nR21 - R27: a resistência do primeiro deve ser de pelo menos 5 kOhm, do último - pelo menos 2,5 kOhm (mantendo a relação 2R/R) .

A resistência das teclas MOS de canal aberto 1DA1 não deve ser superior a 100 Ohm, o tempo de ativação / desativação - não superior a 10 não (KR590KN8, SD5002).

A configuração do set-top box começa com a verificação dos modos do repetidor de entrada. Se as tensões nos emissores 1VT1, 2VT1 ultrapassarem 1,5 ... 2,5 V, os resistores 1R9 ou 2R9 são selecionados. Em seguida, usando uma fonte de sinal com uma frequência calibrada, selecionando os capacitores C7-C21 e o resistor R9, os valores necessários da frequência de varredura são definidos nas faixas de alta frequência (é definido programaticamente nas de baixa frequência) .

Ao trabalhar com um acessório, deve-se levar em consideração as características do efeito estroboscópico, que se expressam, por exemplo, em uma distorção significativa da forma do sinal de modulação de amplitude se a frequência da oscilação modulante estiver próxima da frequência de amostragem. Além disso, o comparador DA2 introduz um atraso de cerca de 300 ns, o que pode criar dificuldades na observação das bordas de sinais com ciclo de trabalho alto. O decodificador pode ser mais útil quando usado em tempo real - como um osciloscópio de armazenamento e também com uma duração de varredura inferior a 1 µs/div. - como alternativa a dispositivos caros de alta frequência.

Literatura

Interfaces Guk M. PC: um livro de referência. - São Petersburgo: Peter Kom, 1999.
Gonorovsky I. S. Circuitos e sinais de engenharia de rádio: um livro para universidades. - M.: Rádio e comunicação, 1986.

Autor: A.Khabarov, Kovrov, região de Vladimir

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